《计算机应用基础》电子教案

第1章计算机基础知识1.1计算机概述一、什么是计算机计算机是一种能对各种信息进行存储和高速处理的工具或电子机器。对上述定义要强调两点：①计算机不仅是一个计算工具，而且还是一个信息处理机。②计算机不同于其它任何机器，它能存储程序，并按程序的引导自动存取和处理数据。1.1计算机概述(1)二、计算机的发展简史1.早期的计算工具东方的创造：算筹、算盘西方的灵感：机械式计算工具机械-电动式计算机2.电子计算机的诞生1946年2月,美国宾夕法尼亚大学物理学家莫克利和电气工程师埃克特研制成功了世界上第一台通用电子数字计算机(ENIAC)。ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator)电子数值积分计算机电子管:18800只电阻:70000个电容:10000只继电器:1500个耗电:140kW/h占地:170m2重量:30吨速度:5000次/秒1.1计算机概述(2)ENIAC的主要任务是分析炮弹轨迹。当ENIAC公开展出时,一条炮弹的轨道用20秒就能算出来，比炮弹本身的飞行速度还快。1.1计算机概述(3)1.1计算机概述(4)冯·诺依曼(VonNeumann)与计算机结构理论图灵(Turing)与现代计算机的设计思想①1946年6月发表“电子计算机装置逻辑结构初探”论文②采用电子元件的计算机应使用二进制③程序应保存在存储器中(存储程序)④EDVAC(离散变量自动电子计算机)①1936年提出“理想计算机”，论文题目是论可计算数及其在判定问题的应用②加、减和比较运算能完成许多数学计算③通用图灵机是现代通用数字计算机的数学模型，它把程序和数据都以数码形式存储，属“存储程序”型计算机1.1计算机概述(5)3.计算机的发展阶段代别第一代1946-1957第二代1958-1964第三代1965-1969第四代1970-现在电子器件电子管晶体管集成电路大规模和超大规模集成电路存储器延迟线,磁鼓磁带,纸带磁芯,磁鼓磁带,磁盘半导体存储器磁带,磁盘半导体存储器磁盘,光盘运算速度5000-几万次/秒几十万-百万次/秒百万-几百万次/秒几百万-几亿次/秒处理方式机器语言汇编语言监控程序编译语言实时处理操作系统分时处理网络操作系统应用领域科学计算～数据处理～过程控制各行各业典型机种ENIACEDVACIBM7090CDC6600IBM360PDP-11VAX-11IBM-PC4.计算机的发展趋势⑴巨型化(功能巨型化)巨型化是指具有高速运算、大存储容量和功能强大的巨型计算机系统。如ILLIAC-IV、银河机。⑵微型化(体积微型化)包括台式微机、笔记本电脑、掌上电脑。⑶网络化(资源网络化)网络化是指利用通信技术和计算机技术，把分散在不同地点的计算机互联起来，按照网1.1计算机概述(6)1.1计算机概述(7)络协议相互通信，以使所有用户均可共享软件、硬件和数据资源的目的。如Internet。⑷智能化(处理智能化)智能化就是要求计算机能模拟人的感觉和思维能力。如专家系统和智能机器人。5.未来计算机的展望⑴神经网络计算机：神经元⑵生物计算机：生物芯片⑶光子计算机：光子代替电子三、计算机的特点1.运算速度快(每秒数万亿次)2.计算精度高(理论上不受限制)3.存储能力强(中等规模图书馆)4.具有逻辑判断能力(算术运算、逻辑运算、判断比较)5.具有自动执行能力(无需人工干预)1.1计算机概述(8)1.1计算机概述(9)四、计算机的分类1.按计算机用途分类⑴通用计算机：它是为了能解决多种类型的问题，具有较强的通用性而设计的计算机。⑵专用计算机：它是为了解决一个特定的问题而专门设计的计算机。2.按计算机性能分类⑴巨型机(GiantComputer)它是指运算速度超过每秒1亿次的高性能计算机，如Cray系列机、银河系列机。1.1计算机概述(10)⑵大型机(Large-ScaleComputer)它是指运算速度在每秒100万次～几千万次的计算机,如IBM,DEC,日立等都是大型机厂商。⑶中型机(Medium-ScaleComputer)⑷小型机(Minicomputer)DECPDP-11,VAX-II,DJS-130⑸微型机(Microcomputer)IBMPC/XT/AT,386,486,Pentium,苹果机IEEE-1989：巨型机、小巨型机、大型机、小型机、工作站、个人计算机六大类。五、计算机的应用领域1.科学计算它是指利用计算机来完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算。2.信息处理信息处理是指对各种信息进行收集、存储、整理、分类、统计、加工、利用和传播等一系列活动的统称。3.过程检测与控制它是指用计算机及时采集检测数据，按最1.1计算机概述(11)1.1计算机概述(12)优值迅速地对控制对象进行自动调节或控制。4.辅助技术与制造⑴计算机辅助设计--CAD⑵计算机辅助制造--CAMCIMS--计算机集成制造系统⑶计算机辅助教学--CAI5.人工智能人工智能是用计算机来模拟人的感应、判断、理解、学习、问题求解等人类智能活动。6.网络应用一、数制及其转换1.什么是进位计数制⑴非进位计数制其特点是：表示数值大小的数码与它在数中的位置无关。典型的非进位计数制是罗马数字，例如,罗马数字中:Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,┄,Ⅹ⑵进位计数制其特点是：表示数值大小的数码与它在数中的位置有关。例如，十进制数123.451.2数制与编码(1)任何进位计数制的要素：①基数：它是指各种进位计数制中允许选用基本数码的个数。例如十进制的数码有：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9则十进制的基数为10。②权值：每个数码所表示的数值等于该数码乘以一个与数码所在位置相关的常数，这个常数叫做权值。例如：123.4=1×102+2×101+3×100+4×10-11.2数制与编码(2)2.几种进位计数制数制十进制二进制八进制十六进制数码个数0,1,…,90,10,1,…,70,1,…,9,A,B,C,D,E,F基数102816规则逢十进一借一当十逢二进一借一当二逢八进一借一当八逢十六进一借一当十六权10i2i8i16i形式表示DecimalBinaryOctalHexadecimal注：①i为整数②(N)R=an-1Rn-1+an-2Rn-2+…+a1R1+a0R0+a-1R-1+…+a-mR-m其中：R表示基数，a表示某进制的数码1.2数制与编码(3)③几种进位计数制的对应关系十进制二进制八进制十六进制00000001000111200102230011334010044501015560110667011177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F1.2数制与编码(4)几种进位计数制的对应关系1.2数制与编码(5)3.不同进制之间的转换⑴二进制数与十进制数的互换①二进制数转换成十进制数采用按权展开式求和，就可把二进制数转换成十进制数。例如：(101.1)2=1*22+0*21+1*20+1*2-1=(?)10②十进制数转换成二进制数十进制数有整数和小数两部分。在转换时,整数部分采用除2取余法,小数部分采用乘2取整法。例如：(105.625)10=(?)21.2数制与编码(6)⑵二进制数与八进制数的互换①二进制数转换成八进制数可概括为三位并一位。即以小数点为基准，整数部分从右到左，小数部分从左到右，每三位一组，不足三位添0补足,然后把每组的三位二进制数按权展开相加，得到相应的一位八进制数码，再按权的顺序连接即得相应的八进制数。例如:(1011100.00101011)2=(?)8(001,011,100.001,010,110)2=(134.126)8134.1261.2数制与编码(7)②八进制数转换成二进制数可概括为一位拆三位。即把每一位八进制数写成对应的三位二进制数，然后按权连接即可。例如：(123.67)8=(?)2123.67(八进制)001,010,011.110111(二进制)(123.67)8=(1010011.110111)21.2数制与编码(8)⑶二进制数与十六进制数的互换①二进制数转换成十六进制数可概括为四位并一位。即以小数点为基准，整数部分从右到左，小数部分从左到右，每四位一组，不足四位添0补足,然后把每组的四位二进制数按权展开相加，得到相应的一位十六进制数码，再按权的顺序连接即得相应的十六进制数。例如：(1011110.00011)2=(?)16(0101,1110.0001,1000)2=(5E.18)165E.181.2数制与编码(9)②十六进制数转换成二进制数可概括为一位拆四位。即把一位十六进制数写成对应的四位二进制数，然后按权连接即可。例如：(123.EF)16=(?)2123.EF(十六进制)0001,0010,0011.1110,1111(二进制)(123.EF)16=(100100011.11101111)2十进制数:512D或512二进制数:1011B八进制数:127Q十六进制数:A8H1.2数制与编码(10)4.计算机采用二进制的原因⑴电路简单：计算机是由逻辑电路组成，而逻辑电路通常只有两个状态。⑵可靠性高：两个状态表示的二进制两个数码，数字传输和处理不容易出错。⑶运算简单：二进制运算法则简单。⑷逻辑性强计算机工作原理是建立在逻辑运算基础上的，逻辑代数是逻辑运算的理论依据。1.2数制与编码(11)二、二进制的算术运算1.加法运算法则：0+0=00+1=11+0=11+1=10(逢二进一)例如：(1011011)2+(1010.11)2=(?)21011011+)1010.111100101.11(1011011)2+(1010.11)2=(1100101.11)21.2数制与编码(12)2.减法运算法则：0-0=00-1=1(借一当二)1-0=11-1=0例如：(1010110)2-(1111.11)2=(?)21010110-)1111.111000110.01(1010110)2+(1111.11)2=(1000110.01)21.2数制与编码(13)3.乘法运算法则：0×0=01×0=00×1=01×1=1例如：(1011.01)2×(101)2=(111000.01)2二进制乘法运算可归结为加法与移位。4.除法运算法则：0÷0=01÷0=(无意义)0÷1=01÷1=1例如：(100100.01)2÷(101)2=(111.01)2二进制除法运算可归结为减法与移位。1.2数制与编码(14)三、二进制的逻辑运算1.什么是逻辑运算逻辑是指条件与结论之间的关系，因此逻辑运算是指对因果关系进行分析的一种运算。逻辑运算的结果并不表示数值大小，而是表示一种逻辑概念，若成立用真或1表示,若不成立用假或0表示。2.三种基本逻辑运算⑴与运算(逻辑乘法)两个二进制数进行与运算是按位进行的。1.2数制与编码(15)与运算规则：0∧0=00∧1=01∧0=01∧1=1例如：10111001∧11110011=?10111001∧)111100111011000110111001∧11110011=101100011.2数制与编码(16)⑵或运算(逻辑加法)或运算规则：0∨0=00∨1=11∨0=11∨1=1例如：10100001∨10011011=?10100001∨)100110111011101110100001∨10011011=101110111.2数制与编码(17)⑶非运算(逻辑否定)非运算实现逻辑否定，即进行求反运算。非运算规则：0=11=0例如：10111101=010000103.逻辑运算的应用(A=b7b6b5b4b3b2b1b0)⑴对指定位进行运算若将A的b5位置1,则A∨(00100000)→A⑵对一个字节进行运算若将A各位全部清0,则A∧(00000000)→A四、信息存储单位1.位(bit)位是计算机存储信息的最小单位，表示一位二进制数据。2.字节(Byte,拜特)字节是信息处理的基本单位，一个字节由八